基于生理药代动力学模型(PBK)的反向剂量学与交叉读取技术预测8-甲基苯并[a]芘(8-MBaP)发育毒性的研究

为解决石油产品中多环芳烃(PAHs)发育毒性评估的动物实验依赖性问题，荷兰瓦赫宁根大学团队通过PBK模型结合小鼠胚胎干细胞试验(mEST)，揭示了8-甲基苯并[a]芘需代谢激活为3-OH-8-MBaP诱导发育毒性，预测其ED50为10.5 mg/kg bw，较母体化合物BaP毒性增强1.3倍，为烷基取代PAHs的风险评估提供了新方法学(NAM)范式。

　　

多环芳烃(PAHs)是石油产品中引发发育毒性的关键组分，其中苯并[a]芘(BaP)的毒性机制已被证实需代谢激活为3-羟基代谢物(3-OHBaP)。然而，烷基取代PAHs（如8-甲基苯并[a]芘）的毒性特征尚不明确。欧盟REACH法规要求对数千种石油衍生物进行发育毒性评估，传统动物实验面临伦理与资源挑战。荷兰瓦赫宁根大学Danlei Wang团队在《Archives of Toxicology》发表研究，通过创新方法学解决了这一难题。

研究团队采用生理药代动力学模型(PBK)结合体外实验数据，建立了8-MBaP的毒代动力学模型。关键技术包括：1）利用小鼠胚胎干细胞试验(mEST)量化3-OH-8-MBaP的发育毒性效应；2）通过大鼠肝微粒体和S9孵育实验测定代谢动力学参数；3）构建包含静脉、气管和口服暴露途径的PBK模型，并通过大鼠体内实验验证预测准确性；4）采用反向剂量学(QIVIVE)将体外数据转化为体内剂量-反应曲线。

TOXICOKINETICS AND METABOLISM
研究发现8-MBaP在mEST中需转化为3-OH-8-MBaP才能抑制心肌细胞分化（IC₅₀=1.40 μM），而母体化合物无活性。代谢实验显示其芳香环羟基化效率（V_max/K_m=5.9 μL/min/mg）与BaP相当（7.8 μL/min/mg），但侧链氧化显著增强。

PBK模型验证
模型预测的8-MBaP血药浓度与BaP文献数据吻合，静脉注射50 mg/kg后3-OH-8-MBaP的C_max为3.1 μM。敏感性分析显示肝血流量(QLc)和代谢酶参数(V_max1c)对预测结果影响最大。

反向剂量学预测
通过校正蛋白结合差异（f_{ub,in vivo}=0.004），将mEST的IC₅₀转化为大鼠口服ED₅₀为10.5 mg/kg，较BaP（14.0 mg/kg）毒性更强。该预测与斑马鱼胚胎试验(BMC₂₀)趋势一致，但倍数差异反映物种特异性代谢差异。

这项研究首次证实甲基取代通过改变PAHs代谢谱影响发育毒性，建立的PBK模型-交叉读取框架可推广至其他烷基PAHs评估。其重要意义在于：1）减少90%动物实验需求；2）阐明结构修饰对毒代动力学的影响规律；3）为复杂石油物质的下一代风险评估(NGRA)提供标准化工具。研究团队建议未来将模型拓展至人类风险评估，结合诱导多能干细胞(hiPSCs)数据实现全人源化预测。